Plasmonic nanodiscs on vanadium dioxide thin films for tunable luminescence enhancement

发光 材料科学 光致发光 等离子体子 薄膜 光电子学 纳米圆盘 纳米柱 纳米技术 纳米结构 化学 脂质双层 生物化学
作者
Stephen Cunningham,Calin Hrelescu,A. Louise Bradley
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:29 (14): 22288-22288 被引量:7
标识
DOI:10.1364/oe.434135
摘要

We propose an alternative method to dynamically tune luminescence enhancement in the near infrared spectral range using noble metal nanostructures on top of phase change material vanadium dioxide (VO 2 ) thin films. The VO 2 phase change is used to tune the nanodisc plasmon resonance providing a luminescence modification mechanism. We employ a model to calculate the emission of quantum emitters, such as dye molecules, in hybrid systems comprising single silver (Ag) nanodiscs on top of a thin layer of VO 2 . The model considers different dipole orientations and positions with respect to the nanostructure-VO 2 film and determines the degree of observable luminescence modification. In the NIR spectral region, the observable photoluminescence of Alexa Dyes in the hybrid systems at room temperature is enhanced by more than a factor of 2.5 as compared to the same system without plasmonic particles. An additional photoluminescence enhancement by more than a factor of 2 can be achieved with the Ag nanodisc-VO 2 film systems after the phase transition of the VO 2 . These systems can be used for tunable luminescence modification and for compensation of thermally induced luminescence quenching. Through optimization of the Ag nanodisc-VO 2 film system, luminescence enhancements of up to a factor of 4 can be seen in the metallic VO 2 compared to the semiconducting phase and would therefore compensate for a thermal quenching of up to 70% between room temperature and 70° C, rendering the hybrid systems as promising candidates for improved photon management in optoelectronic devices where elevated temperatures minimize the efficiencies of such devices.

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